DE102014216870A1

DE102014216870A1 - Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Energiequellen, deren Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist

Info

Publication number: DE102014216870A1
Application number: DE102014216870.8A
Authority: DE
Inventors: Christian Doebel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2016-02-25
Also published as: CN105391046A; CN105391046B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Energiequellen (4) durch eine Steuerungseinheit (6), wobei bei zumindest einigen der Energiequellen (4) die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist. Die Steuerungseinheit (6) führt dabei die folgenden Schritte durch: Spezifizieren einer Umweltsituation, Ermitteln von passenden Regeln zu der Umweltsituation aus einer Regelbasis, Auswählen eines Verschaltungsmusters aus den ermittelten passenden Regeln, Einstellen des ausgewählten Verschaltungsmusters durch Verschaltung der Energiequellen (4) mit den elektrischen Leitungen (8), Ermitteln eines Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters und Verwenden des ermittelten Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters zur Optimierung der Regelbasis. Außerdem werden ein Computerprogramm und ein System angegeben, welche insbesondere zur Durchführung des Verfahrens eingerichtet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Energiequellen durch eine Steuerungseinheit, wobei bei zumindest einigen, insbesondere bei allen Energiequellen die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist.
Elektrische Energiequellen, die beispielsweise zu einem Generator gekoppelt sind, sind beispielsweise in einer Reihenschaltung angeordnet. Das führt dazu, dass durch jede Energiequelle der gleiche Strom, d. h. die gleiche Stromstärke fließt. In der Regel unterscheidet sich die elektrische individuelle Leistung einer Energiequelle zu jedem Zeitpunkt jedoch von derjenigen einer anderen Energiequelle der Reihenschaltung. Ein Grund hierfür kann sein, dass beispielsweise gleichartige Energiequellen unterschiedlicher Leistungsklasse miteinander elektrisch verbunden sind. Ein weiterer Grund kann sein, dass zwar gleichartige Energiequellen der gleichen Leistungsklassen einander zugeordnet sind, jedoch Fertigungs- und Messtoleranzen unterliegen, die zu einer unterschiedlichen elektrischen Ausgangsleistung führen. Ein weiterer Grund kann sein, dass eine unterschiedliche dynamische Zeitvariantenbeaufschlagung der Energiequellen mit Primärenergie vorliegt, wobei die Primärenergie zeitlich abhängig zur Verfügung steht, wie beispielsweise bei Windkraftwerken oder Sonnenkraftwerken. Jeder dieser Gründe allein führt bereits zu einer deutlichen Leistungsminderung von Energiequellen, die zu einem Strang zusammengeschaltet sind, da die elektrische Last den Arbeitspunkt für den gesamten Quellenstrang festlegt. Die Gründe können aber auch akkumuliert auftreten.
Jede Energiequelle besitzt eine Charakteristik, die unter anderem die Nennleistung unter definierten Bedingungen enthält. Alle Quellen können dabei einem bestimmten Strang zugeordnet werden, womit sich eine kaum beherrschbare Anzahl an Verschaltungskombinationen ergibt.
Aus der US 2012/0228947 ist ein System bekannt, bei welchem die Optimierung der Energiegewinnung durch Bereitstellen einer Einheit zur Energieumverteilung erfolgt, wobei die Einheit mit einer Mehrzahl elektrisch miteinander verbundener Energieerzeuger elektrisch verbunden ist. Jede der elektrischen Baugruppen ist mit einem oder mehreren Energieerzeugern verbunden und derart steuerbar gestaltet, dass eine selektive elektrische Kopplung zwischen einem Bus-Verbinder/-Stecker und den mindestens zwei Energieerzeugern nach einem vorgegebenen Zeitraster bereitgestellt wird. Dadurch wird gewährleistet, dass während des Betriebs immer mindestens eine Baugruppe mit dem jeweiligen einen bzw. mehreren Energieerzeugern elektrisch verbunden ist, was die Umverteilung der Energie zwischen den mindestens zwei Energieerzeugern und somit eine Optimierung der Energiegewinnung ermöglicht.
Aus der US 2011/0163603 ist ein System bekannt, bei welchem eine Vielzahl verschiedenartiger Energiequellen verwaltet wird, wobei das System eine Mehrzahl von Energieerzeugungseinheiten zur Erzeugung von Gleichstrom, einen Energiespeicher, eine Umrichtereinheit und ein Hauptsteuergerät umfasst. Die Energieerzeugungseinheiten können Solarenergieerzeugungseinheiten, Windkrafterzeugungseinheiten, Wasserkrafterzeugungseinheiten, sowie auf Brennstoff basierende Energieerzeugungseinheiten sein. Das Hauptsteuergerät ist mit den Energieerzeugungseinheiten, der Umrichtereinheit und dem Energiespeicher elektrisch verbunden und kontrolliert die Gleichstromerzeugung mittels der Energieerzeugungseinheiten.
Die US 2010/0314936 zeigt ein weiteres System zur Verwaltung einer Vielzahl von Energiequellen.
Bei den bekannten Systemen befinden sich die meisten einzelnen Energieerzeuger nicht an ihrem gewünschten Arbeitspunkt, daher ist die Leistungsfähigkeit der Stromanlagen gering.
Offenbarung der Erfindung
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Energiequellen durch eine Steuerungseinheit, wobei bei zumindest einigen der Energiequellen die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist, wobei die Energiequellen über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen miteinander und mit einem Lastschaltkreis zu Verschaltungsmustern verschaltbar sind, wobei die Steuerungseinheit Mittel aufweist, die Energiequellen mit den elektrischen Leitungen zu verschalten, um die Verschaltungsmuster einzustellen, wobei die Steuerungseinheit eine Regelbasis aufweist, die eine Menge von Zuordnungen der Verschaltungsmuster zu Umweltsituationen enthält, ist vorgesehen, dass die Steuerungseinheit die folgenden Schritte durchführt:

a) Spezifizieren einer Umweltsituation,
b) Ermitteln von passenden Regeln zu der Umweltsituation aus der Regelbasis,
c) Auswählen eines Verschaltungsmusters aus den ermittelten passenden Regeln,
d) Einstellen des ausgewählten Verschaltungsmusters durch Verschaltung der Energiequellen mit den elektrischen Leitungen,
e) Ermitteln eines Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters und
f) Verwenden des ermittelten Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters zur Optimierung der Regelbasis.

Im Rahmen der Erfindung wird zunächst ein bestimmtes Verschaltungsmuster Φ, d. h. eine bestimmte Verschaltungskombination der Energiequellen mit den elektrischen Leitungen und dem Lastschaltkreis durch die Steuerungseinheit vorgeschlagen und realisiert. Dabei werden Schaltstränge S_y gebildet, bei denen jeweils eine Menge von Energiequellen bevorzugt zueinander in Reihe verschaltet sind. Der Index y nummeriert dabei die Schaltstränge durch. Die Schaltstränge S_y sind in einer Lastanpassungseinrichtung mittels einer Leistungselektronik zueinander parallel geschaltet. Die aktuelle Systemleistung L_Sys wird direkt gemessen, indem alle Leistungen der Stränge S_y miteinander addiert werden oder indem die Gesamtleistung direkt an der Last gemessen wird.
Im Rahmen der Erfindung bezeichnet eine Regel eine Umweltsituation V_α, ein Verschaltungsmuster Φ und einen Wirkungsgrad Π_Sys.
Ein Verschaltungsmuster bezeichnet eine eindeutige Zuordnung der Energiequellen zu den elektrischen Leitungen. Das Verschaltungsmuster kann beispielsweise als ein Vektor dargestellt werden mit der Formel Φ = [M1 gehört zu S_y1, ..., Mx gehört zu S_yx], wobei M1, ..., Mx die Energiequellen bezeichnen und S_y die Schaltstränge.
Eine Regelbasis bezeichnet im Sinne der Erfindung eine Datenbank, in der die Regeln gespeichert sind.
Eine Umweltsituation kann ebenfalls ein Verschaltungsmuster darstellen, in welchen aber zumindest eine Energiequelle keiner elektrischen Leitung zugeordnet ist. Eine Umweltsituation kann so genannte Joker aufweisen, d. h. Verschaltungsmuster, bei welchen zumindest eine Energiequelle oder ein Umweltzustand in der Umweltsituation nicht zwangsweise einer elektrischen Leitung zugeordnet ist. Das bedeutet, dass die Regel keine feste Zuordnung zu einem Strang fordert, d. h. für eine gegebene Situation die Zuordnung dieser Energiequelle zu einer elektrischen Leitung oder Strang keine Rolle spielt. Durch die Joker ist eine Abstraktion der gelesenen Umweltsituation möglich, welche infolge eines Lernprozesses auch erstrebenswert ist. Mit wenigen Regeln können ganze Kombinationsbereiche rasch abgedeckt werden. Im Laufe der Adaption werden Regeln rasch generalisiert, wobei die Anzahl der Joker dabei zunimmt, was zu einer größeren Abdeckungsbreite einer Regel führt. Im Laufe der Adaption werden Regeln auch spezialisiert, was zu einer Verringerung der Anzahl der Joker führt, wenn beispielsweise ein Optimum gefunden wurde. Ziel des Algorithmus ist es, optimale Verschaltungsmuster zu finden. Dabei werden sich typische Verschaltungsmuster ausbilden, für die bestimmte Verschaltungstopologien optimiert werden.
Joker können auch bedeuten, dass der Messwert der gelesenen Umweltsituation eines bestimmten Sensors für die zu treffende Entscheidung unerheblich ist.
In den Schritten a) bis e) wird dabei ein Lernklassifizieralgorithmus (Learning Classifier Algorithm) definiert. Tritt eine bestimmte Umweltsituation, z. B. ein Einstrahlungszustand bezüglich eines Solarmoduls oder ein Wind bezüglich eines Windkraftwerks ein, dann werden alle Einträge aus der Regelbasis, die diese Umweltsituation wiederspiegeln, als passend markiert. Jede dieser ausgewählten Regeln schlägt dabei ein Verschaltungsmuster Φ vor. Zu jeder Kombination aus einer Umweltsituation V_α und einem Verschaltungsmuster Φ wird ein bereits gelernter Wirkungsgrad Π_Sys in der Regelbasis angegeben. Dieser spiegelt die Belohnung wider, wenn zu einer bestimmten Umweltsituation ein bestimmtes Verschaltungsmuster gewählt wird.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird im Schritt c) das Verschaltungsmuster zu der spezialisierten Umweltsituation anhand eines Vergleichs der Wirkungsgrade der ausgewählten passenden Regeln ausgewählt. Dabei wird bevorzugt dasjenige Verschaltungsmuster ausgewählt, das den größten relativen Wirkungsgrad erwarten lässt. Für den Fall, dass mehrere Verschaltungsmuster einen größten relativen Wirkungsgrad aufweisen, wird bevorzugt eines zufällig ausgewählt.
Nach der Implementierung des Verschaltungsmusters, beispielsweise durch Einstellen von Relais an den entsprechenden Energiequellen, wird im Schritt e) zunächst die Systemleistung L_Sys gemessen. Mithilfe dieser Angabe und der theoretisch erreichbaren Gesamtsystemleistung L_{Sys max} wird der augenblickliche relative Wirkungsgrad Π_Sys anhand der Formel Π_Sys = (L_Sys/L_{Sys max}) × 100%, ermittelt. Die theoretisch erreichbare Gesamtsystemleistung L_{Sys max} errechnet sich aus der Summe der Leistungen aller Energiequellen. L_{Sys max} ist eine Referenzgröße für die maximal mögliche elektrische Systemleistung zu einem Zeitpunkt, wenn keine dynamischen Effekte auftreten würden. Diese Normierung ist für die Vergleichbarkeit der Leistung verschiedener Quellenkombinationen unter gegebenen Umweltbedingungen nötig. Umso besser die Adaption der Verschaltungsmuster der Quellen organisiert ist, umso größer ist die erreichte Belohnung. Die Belohnung fließt direkt in den Lernklassifizieralgorithmus ein. Der Wertebereich von L_Sys reicht von 0 W bis zu dem Maximalwert L_{Sys max}, den das System unter gegebenen Umweltrandbedingungen liefern kann.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden nach Schritt c) alle Regeln bestimmt, die Verschaltungsmuster enthalten, welche dem eingestellten Verschaltungsmuster entsprechen. Im Schritt f) wird in der Regelbasis zu allen Regeln, die Verschaltungsmuster enthalten, welche dem eingestellten Verschaltungsmuster entsprechen, der ermittelte augenblickliche Wirkungsgrad Π_Sys gespeichert. Hierbei kann auch ein bekanntes adaptives Lernverfahren benutzt werden, z. B. ein Bucket-Brigade-Algorithmus oder so genanntes Q-Learning.
Der ermittelte Wirkungsgrad des eingestellten Verschaltungsmusters wird zur Optimierung der Regelbasis verwendet. Die ausgewählten Regeln werden dabei in die ursprüngliche Regelbasis übernommen. Die Aktualisierung bedeutet, dass die aktuelle Erfahrung, die während einer speziellen Umweltsituation und eines vorgeschlagenen Verschaltungsmusters gesammelt wurde, eine Rückwirkung, d. h. eine Verstärkung oder eine Abschwächung auf alle anderen Regeln findet, die zu dieser Situation passen. Damit konvergiert der Algorithmus permanent zu einem Optimum.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird die Regelbasis durch genetische Algorithmen erneuert.
Die Regelbasis, bzw. Wissensbasis, die im Laufe der Zeit damit aufgebaut wird, wird bevorzugt permanent durch genetische Algorithmen erneuert und optimiert sich damit selbst. Folgende Methoden kommen dabei zum Einsatz:

– Covering: Wenn keine Umweltsituation in der Regelbasis vorhanden ist, die zur derzeit gemessenen Umweltsituation passt, wird eine neue Regel erzeugt. Das ist insbesondere nötig, wenn direkt nach der Initialisierung des Systems die Regelbasis leer ist.
– Elektrische Modellbildung: Eine Umweltsituation sollte, wenn damit eine neue Regel gebildet wird, keine völlig beliebige Strangverschaltung vorschlagen, sondern diese sollte durch ein elektrisches Modell vorgeschlagen werden.
– Mutation: Um den Suchraum der Regelbasis (alle bekannten und möglichst generalisierten Verschaltungskombinationen) permanent zu erneuern und dabei Wissen zu verdichten, werden Regeln aufgrund bestehender geschaffen, indem zufällig einzelne Strangverschaltungen modifiziert werden. Die Mutationsrate, d. h. die Rate der zufälligen Änderung, ist bevorzugt gering (z. B. < 10 Prozent vom eigentlichen Wert)
– Rekombination: Aus zwei Regeln wird per 2-Punkt-Rekombination eine neue Regel erzeugt. Das ist wichtig, wenn bereits bekannte Umweltmuster zur Definition eines neuen Umweltmusters benutzt werden. Die Strangverschaltung wird in diesem Fall ebenfalls rekombiniert aus den beiden bereits bekannten, der relative Wirkungsgrad auch. Diese eigentliche Umsortierung des bereits erhobenen Wissens ist ein großer Vorteil dieser Idee. Er bedeutet, dass unbekannte Wettersituationen auf bekannte zurückgeführt werden können. Dabei sind möglichst viele konkrete Werte in der Umweltsituation durch Joker zu ersetzen. Dann können die Regeln auf weitere Muster angewandt werden (Building Block Hypothese).
– Begrenzung der Regelbasis: Überschreitet die Anzahl der Regeln eine bestimmte Grenze, wird sie auf diese Grenze gekürzt.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, gemäß dem eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird. Bei dem Computerprogramm kann es sich beispielsweise um ein Modul zur Implementierung eines Steuerungssystems zur Optimierung der Leistung von mehreren Energiequellen oder eines Subsystems hiervon handeln. Das Computerprogramm kann auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein, etwa auf einem permanenten oder wieder beschreibbaren Speichermedium, oder in Zuordnung zu einer Computereinrichtung oder auf einer entfernbaren CD-ROM, DVD, einer Blu-ray-Disc oder einem USB-Stick. Zusätzlich oder alternativ kann das Computerprogramm auf einer Computereinrichtung wie etwa auf einem Server oder auf einem Cloud-System zum Herunterladen bereitgestellt werden, z.B. über ein Datennetzwerk, wie das Internet, oder eine Kommunikationsverbindung, wie etwa eine Telefonleitung oder eine drahtlose Verbindung.
Erfindungsgemäß wird außerdem ein System mit einer Mehrzahl von Energiequellen und einer Steuerungseinheit vorgeschlagen, wobei bei zumindest einigen Energiequellen die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist, wobei die Energiequellen über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen miteinander und mit einem Lastschaltkreis zu Verschaltungsmustern verschaltbar sind, wobei die Steuerungseinheit Mittel aufweist, die Energiequellen mit den elektrischen Leitungen zu verschalten, um die Verschaltungsmuster einzustellen, wobei die Steuerungseinheit eine Regelbasis aufweist, die eine Menge von Zuordnungen der Verschaltungsmuster zu Umweltsituationen enthält, und wobei die Steuerungseinheit

a) eine Einheit zum Spezifizieren einer Umweltsituation,
b) eine Einheit zum Ermitteln von passenden Regeln zu einer spezifizierten Umweltsituation aus der Regelbasis,
c) eine Einheit zum Auswählen eines Verschaltungsmusters aus ermittelten passenden Regeln,
d) eine Einheit zum Ermitteln eines Wirkungsgrades eines eingestellten Verschaltungsmusters und
e) eine Einheit zum Optimieren der Regelbasis anhand ermittelter Wirkungsgrade von eingestellten Verschaltungsmustern

Bevorzugt ist die Steuerungseinheit zur Durchführung der hierin beschriebenen Verfahren ausgebildet und/oder eingerichtet. Dementsprechend gelten im Rahmen des Verfahrens beschriebene Merkmale entsprechend für das System und umgekehrt die im Rahmen des Systems beschriebenen Merkmale entsprechend für die Verfahren.
Einige Einheiten des Steuerungssystems sind als funktionale Einheiten zu verstehen, die nicht notwendigerweise physikalisch voneinander getrennt sind. So können mehrere Einheiten des Steuerungssystems in einer einzigen physikalischen Einheit realisiert sein, etwa wenn mehrere Funktionen in Software implementiert sind. Die Einheiten des Steuerungssystems können auch in Hardwarebausteinen implementiert sein, beispielsweise durch Speichereinheiten, anwendungsspezifische integrierte Schaltkreise (ASC, application-specific circuit) oder Mikrocontroller.
Die Einheit zum Spezifizieren einer Umweltsituation weist bevorzugt Sensoren auf, insbesondere Wettersensoren, Temperatursensoren und/oder Eingabemöglichkeiten für einen Benutzer, insbesondere Keyboards, Touchscreens, optische Eingabegeräte. Diese durch die ausgelesenen Sensoren erhobenen Informationen über einen derzeitigen Umweltzustand werden in konkret verarbeitbare Werte übersetzt und im Vektor der Umweltsituation V_α gespeichert. Damit ist eine weitere rechnergestützte Verarbeitung wie hierin beschrieben möglich.
Bevorzugt weist die Steuerungseinheit außerdem Einheiten zum Erneuern der Regelbasis auf, insbesondere Module zur Implementierung genetischer Algorithmen.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Steuerungseinheit eine Lastanpassungseinrichtung, welche zwischen dem Lastschaltkreis und den Energiequellen geschaltet ist. Sind die Schaltstränge S_y so gebildet, dass jeweils jeweils eine Menge von Energiequellen in Reihe zu einem Schaltstrang S_y verschaltet ist, so erfolgt in der Lastanpassungseinrichtung eine Parallelschaltung der einzelnen Stränge S_y, um die für die Versorgung des Lastkreises erforderlichen Leistungsdaten aufzubringen. Durch das Verfahren und die Vorrichtung werden dabei jeweils diejenigen Energiequellen zu einem Strang verschaltet, die bei ähnlichem Strom ihren optimalen Leistungspunkt haben, wenn in der Lastanpassungseinrichtung die Parallelschaltung der einzelnen Stränge erfolgt.
Die Energiequellen können insbesondere von der Steuerungseinheit schaltbare Relaisschalter aufweisen, mittels welcher sie zu den elektrischen Leitungen zu- und wegschaltbar sind.
Die elektrischen Leitungen sind beispielsweise Gleichspannungsleitungen. Die Steuerung der Energiequellen kann beispielsweise über eine Powerline-Kommunikationsleitung erfolgen.
Vorteile der Erfindung
Mit der vorliegenden Idee wird ein selbstadaptiver Algorithmus beschrieben, welcher zu einer Verbesserung der dynamischen Verschaltung von Energiequellen führen kann.
Eine maximale Ausbeutung von Energiequellen, die in einem Strang miteinander verschaltet sind, wird erreicht, indem die direkte Rückkopplung aus der ausgebeuteten Energie von der Last als Wirkungsgrad gemessen wird und dem System wieder rückeingekoppelt wird, so dass ein Lernvorgang stattfindet.
Vorteilhaft wird der Ertrag des Systems aus Stromquellen maximiert, ohne dass vorher eine Programmierung oder eine starre Auslegung des Systems nötig ist. Das System ist selbstadaptiv, so dass während des Betriebs einer Anlage permanent Verbesserungen im Wirkungsgrad erzielt werden können.
Dabei ist die Idee aufgrund ihres selbstlernenden Algorithmus sowohl auf parallele als auch auf serielle Verschaltungsmuster anwendbar.
Das beschriebene Verfahren umgeht dabei vorteilhaft etwaige vorhandene Toleranzen, insbesondere bei Mess- und Fertigungsverfahren, da es direkt die Gesamtleistung des Systems misst. Insbesondere werden dabei Übertragungsverluste einbezogen, da es aufgrund direkter Regelrückkopplung auch nicht auf die Übertragungsstrecke zwischen der Quelle und der Last ankommt.
Ein weiterer Vorteil ist, dass einzelne Komponenten (Quellen) in diesem System ausgewechselt werden können und sich das System sofort anpasst, so dass das Gesamtsystem ständig nahe an seinem optimalen Punkt betrieben werden kann. Wenn z. B. eine Turbine durch eine leistungsstärkere ersetzt wird, kann es passieren, dass sie in ihrem bisherigen Strang nicht wieder betrieben wird, sondern vorteilhaft in einen anderen integriert wird. Es lassen sich auch Vorhersagen über eine bevorstehende Auswechslung von Quellen treffen.
Auch während der Alterung von bekannten und unbekannten Systemen erfolgt vorteilhaft eine automatische Anpassung bei der Verschaltung. Altert eine Quelle deutlich schneller als eine andere, was z. B. bei einem Windkraftwerk gegenüber einem Dieselgenerator der Fall ist, würde das in einem starr verschalteten System dazu führen, dass aufgrund der Zunahme der Leistungsstreuung und auch der Änderung der U-I-Kennlinie der Quellen der Gesamtwirkungsgrad deutlich gesenkt würde, obwohl andere Quellen einen hohen Wirkungsgrad haben. Das führt zu einer besonders geringen Ausbeute und damit zu einem besonders hohen Wirkungsgradverlust.
Ein Vorteil der vorliegenden Idee ist, dass die konkreten Umweltmuster direkt aus der Regelbasis gelesen werden können. Nach einer längeren Lernphase bilden sich somit konkrete Muster heraus, die als „typische Kombinationen“ interpretiert werden können, im Gegensatz z. B. zum neuronalen Netz, wo die Information verschlüsselt und nicht lesbar in Kantengewichten steckt.
Durch den Vergleich mehrerer ähnlicher elektrischer Generatoren an verschiedenen Stellen der Welt können generelle typische Umweltmuster von speziellen unterschieden werden. Spezielle herrschen zum Beispiel in bestimmten Klimaregionen vor, generelle hingegen tendenziell überall. Damit können Normale für Testeinrichtungen definiert werden, in Normen, Vorschriften, etc.
In den Energiequellen werden dabei sehr einfache Steuerungen verwendet, z. B. Relais, die nach Anweisung der Steuerungseinheit die Energiequelle einer elektrischen Leitung, beispielsweise einem Strang oder einem Strombus zuordnen. Die Kommunikation zwischen der Steuerungseinheit und der Energiequelle erfolgt dabei beispielsweise mittels einer Kommunikation über eine Stromleitung, so dass die Verbindung auch eine rein logische sein kann.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein erfindungsgemäßes System mit einer Mehrzahl von Energiequellen und einer Steuerungseinheit gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
2 ein weiteres System mit einer Mehrzahl von Energiequellen und einer Steuerungseinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,
3 ein Diagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
4 ein Beispiel für ein Verschaltungsmuster.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein System 2, bei dem beispielhaft drei Energiequellen 4 von einer Steuerungseinheit 6 konfigurierbar sind.
Die Energiequellen 4 können beliebige Energiequellen 4 sein, beispielsweise Solarzellen, Windkrafträder, Turbinenkraftwerke, Atomkraftwerke, usw. Das System umfasst eine Menge von elektrischen Leitungen 8, über welche die Energiequellen 4 miteinander und mit einem Lastschaltkreis 10 verschaltbar sind. Die elektrischen Leitungen 8 können beispielsweise Strombusse sein oder mehrere parallele Gleichspannungsleitungen. Dargestellt ist eine serielle Verknüpfung der Energiequellen 4 miteinander, jedoch ist dies für die Erfindung nicht beschränkend. Ebenso gut können zumindest einige der Energiequellen 4 miteinander parallel verschaltet sein, um die Leistungsdaten bereitzustellen.
Das System 2 umfasst eine Lastanpassungsreinrichtung 12, über welche die Strombusse oder Gleichspannungsleitungen zusammengeführt werden. Die Lastanpassungseinrichtung 12 ist mit der Steuerungseinheit 6 verbunden, um eine Bewertung der Güte der Verschaltung der Energiequellen 4 zu ermöglichen.
Die Steuerungseinheit 6 und die Energiequellen 4 kommunizieren über einen Kommunikationskanal 14 miteinander, beispielsweise über eine Gleichspannungsleitung (powerline communication). Die Energiequellen 4 weisen Quellenschalteinheiten 18 auf, welche entsprechende Kommunikationseinrichtungen 16 aufweisen, die mit entsprechenden Kommunikationseinrichtungen 16 der Steuerungseinheit 6 verbunden sind. Über den Kommunikationskanal 14 erfolgt die Versendung von Steuersignalen, insbesondere zum Zu- und Wegschalten einer Energiequelle 4 zu den elektrischen Leitungen 8.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Systems 2 mit einer Mehrzahl von Energiequellen 4 und einer Steuerungseinheit 6, welche zwischen dem Lastschaltkreis 10 und den Energiequellen 4 geschaltet ist. Die elektrische Zusammenschaltung der Energiequellen 4 erfolgt über die elektrische Leitung 8. Die Steuerung der Verschaltung erfolgt wiederum über die Kommunikationseinrichtungen 16 und den Kommunikationskanal 14.
3 zeigt ein Diagramm zur Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer Ausführungsform.
In einem Schritt S0 wird anhand einer Systemumgebung 26 in einer Regelbasis 20 eine Umweltsituation V_α spezifiziert. Die dargestellte Systemumgebung 26 umfasst dabei das System 2 selbst, sowie auch Daten von Sensoren (nicht dargestellt).
In einem Schritt S1 werden in der Regelbasis 20 passende Regeln zu der spezifizierten Umweltsituation V_α ermittelt. Die passenden Regeln zu der spezifizierten Umweltsituation werden als ein Match-Set 22 bezeichnet.
In einem Schritt S2 wird ein Verschaltungsmuster Φ aus dem Match-Set 22 ausgewählt. Dabei wird das Verschaltungsmuster Φ mit dem höchsten Wirkungsgrad Π_Sys ausgewählt.
Im Schritt S2 werden außerdem sämtliche Regeln ermittelt, die das ausgewählte Verschaltungsmuster Φ aufweisen. Dies wird als ein Action-Set 24 bezeichnet.
In einem Schritt S3 wird das ausgewählte Verschaltungsmuster Φ durch das Verschalten der Energiequellen 4 miteinander und mit den elektrischen Leitungen 8 implementiert.
In einem Schritt S4 wird der Wirkungsgrad des eingestellten Verschaltungsmusters ermittelt, beispielsweise indem alle Leistungen der Stränge S_y miteinander addiert werden oder indem die Gesamtleistung direkt an dem Lastschaltkreis 10 gemessen wird.
In einem Schritt S5 erfolgt ein Update der ausgewählten Verschaltungsmuster bezüglich des ermittelten Wirkungsgrads, so dass ein aktualisiertes Action-Set 24 vorliegt.
In einem Schritt S6 werden die aktualisierten Regeln in der Regelbasis 20 übertragen.
4 zeigt ein beispielhaftes Verschaltungsmuster Φ, bei welchem sechs Energiequellen 4 auf drei elektrische Leitungen 8 geschaltet sind. Aufgrund der dargestellten Verbindungen 28 ergibt sich das Verschaltungsmuster Φ als Vektor Φ = [M1:S₁, M2:S₂, M3:S₁, M4:S₁, M5:S₃, M6:S₁], wobei M1, ..., M6 die Energiequellen bezeichnen und S₁, S₂ und S₃ die Schaltstränge.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0228947 [0004]
US 2011/0163603 [0005]
US 2010/0314936 [0006]

Claims

Verfahren zum Betrieb einer Mehrzahl von Energiequellen (4) durch eine Steuerungseinheit (6), wobei bei zumindest einigen der Energiequellen (4) die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist, wobei die Energiequellen (4) über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen (8) miteinander und mit einem Lastschaltkreis (10) zu Verschaltungsmustern verschaltbar sind, wobei die Steuerungseinheit (6) Mittel aufweist, die Energiequellen (4) mit den elektrischen Leitungen (8) zu verschalten, um die Verschaltungsmuster einzustellen, wobei die Steuerungseinheit (6) eine Regelbasis (20) aufweist, die eine Menge von Zuordnungen der Verschaltungsmuster zu Umweltsituationen enthält, wobei die Steuerungseinheit (6) die folgenden Schritte durchführt: a) Spezifizieren einer Umweltsituation, b) Ermitteln von passenden Regeln zu der Umweltsituation aus der Regelbasis (20), c) Auswählen eines Verschaltungsmusters aus den ermittelten passenden Regeln, d) Einstellen des ausgewählten Verschaltungsmusters durch Verschaltung der Energiequellen (4) mit den elektrischen Leitungen (8), e) Ermitteln eines Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters und f) Verwenden des ermittelten Wirkungsgrades des eingestellten Verschaltungsmusters zur Optimierung der Regelbasis (20).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) das Verschaltungsmuster zu der spezifizierten Umweltsituation anhand eines Vergleichs der Wirkungsgrade der ausgewählten passenden Regeln ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt e) der Wirkungsgrad anhand der Formel Π_Sys = (L_Sys/L_{Sys max}) × 100%, ermittelt wird, wobei L_Sys eine gemesse Systemleistung und L_{Sys max} eine maximal mögliche Systemleistung sind, wobei L_{Sys max} aus der Summe der Leistungen aller Energiequellen (4) resultiert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt f) in der Regelbasis (20) zu allen Regeln, die Verschaltungsmuster enthalten, welche dem eingestellten Verschaltungsmuster entsprechen, der ermittelte Wirkungsgrad gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelbasis (20) durch genetische Algorithmen erneuert wird.
Computerprogramm zur Durchführung eines der Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, wenn das Computerprogramm auf einer programmierbaren Computereinrichtung ausgeführt wird.
System (2) mit einer Mehrzahl von Energiequellen (4) und einer Steuerungseinheit (6), wobei bei zumindest einigen der Energiequellen (4) die Leistung von äußeren Bedingungen abhängig ist, wobei die Energiequellen (4) über eine Mehrzahl von elektrischen Leitungen (8) miteinander und mit einem Lastschaltkreis (10) zu Verschaltungsmustern verschaltbar sind, wobei die Steuerungseinheit (6) Mittel aufweist, die Energiequellen (4) mit den elektrischen Leitungen (8) zu verschalten, um die Verschaltungsmuster einzustellen, wobei die Steuerungseinheit (6) eine Regelbasis aufweist, die eine Menge von Zuordnungen der Verschaltungsmuster zu Umweltsituationen enthält, und wobei die Steuerungseinheit (6) f) eine Einheit zum Spezifizieren einer Umweltsituation, g) eine Einheit zum Ermitteln von passenden Regeln zu einer spezifizierten Umweltsituation aus der Regelbasis (20), h) eine Einheit zum Auswählen eines Verschaltungsmusters aus ermittelten passenden Regeln, i) eine Einheit zum Ermitteln eines Wirkungsgrades eines eingestellten Verschaltungsmusters und j) eine Einheit zum Optimieren der Regelbasis anhand ermittelter Wirkungsgrade von eingestellten Verschaltungsmustern aufweist.
System (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (6) Einheiten zum Erneuern der Regelbasis (20) aufweist.
System (2) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einheit zum Spezifizieren einer Umweltsituation Sensoren aufweist.
System (2) nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das System (2) eine Lastanpassungseinrichtung (12) aufweist, welche zwischen dem Lastschaltkreis (10) und den Energiequellen (4) geschaltet ist.